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Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Riassunto della puntata precedente: Caratteri generali della Terra Caratteri.

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Presentazione sul tema: "Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Riassunto della puntata precedente: Caratteri generali della Terra Caratteri."— Transcript della presentazione:

1 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Riassunto della puntata precedente: Caratteri generali della Terra Caratteri generali della Terra Interno della Terra (Crosta, Mantello, Nucleo) Interno della Terra (Crosta, Mantello, Nucleo) Tettonica delle Placche Tettonica delle Placche Origine della Terra Origine della Terra Origine della Luna Origine della Luna Classificazione delle meteoriti Classificazione delle meteoriti

2 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Gli ambienti PETROGENETICI Eventi CICLICI nella petrogenesi Le ROCCE

3 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Definizione di ROCCIA Aggregato naturale di uno o più minerali o mineraloidi Feldspati Quarzo Biotite Granito = roccia ignea intrusiva composta essenzialmente da: Minerali di tipo diverso (es. granito, basalto) roccia polimineralica roccia polimineralica Un solo tipo di minerale (es. travertino, dunite) roccia monomineralica roccia monomineralica

4 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Ma quali caratteristiche ha un minerale? Materiale naturaleMateriale naturale Composto inorganicoComposto inorganico Specifica composizione chimicaSpecifica composizione chimica Struttura cristallina definitaStruttura cristallina definita Proprietà fisiche ben definiteProprietà fisiche ben definite

5 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina.Una caratteristica essenziale dei minerali è la loro struttura cristallina. Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello esteticamente.Il termine Cristallo non indica qualcosa di grande o necessariamente bello esteticamente. Il vetro viola la definizione di minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche composizioni chimiche.Il vetro viola la definizione di minerale perchè: non ha nè strutture cristalline nè specifiche composizioni chimiche. Quando/Perchè si formano i minerali? Cristallizzazione per raffreddamentoCristallizzazione per raffreddamento Precipitazione a basse temperaturePrecipitazione a basse temperature Ricristallizzazione (allo stato solido)Ricristallizzazione (allo stato solido)

6 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Definizione di roccia. Problemi 1) Nella definizione di roccia si prescinde dalle caratteristiche meccaniche della sostanza (ossia se il materiale che stiamo considerando è coerente o incoerente meccanicamente): Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia) Sabbia: aggregato di più minerali (quindi roccia) Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia) Arenaria: aggregato di più minerali (quindi roccia) 2) Ci sono rocce composte interamente da vetro (ossidiane). Ma allora non sono rocce! (aggregato di più minerali). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi. 3) Ci sono rocce composte anche da materiale organico (carboni opp. rocce sedimentarie con fossili). Ma allora non sono rocce! (minerale = sostanza non organica). Per questo paradosso si parla anche di mineraloidi.

7 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Silicati che costituiscono le rocce quarzoquarzo feldspatifeldspati mica (e argille)mica (e argille) anfibolianfiboli pirossenipirosseni olivineolivine granatigranati I minerali che costituiscono più del 95% della crosta sono silicati. Per questo motivo, i silicati sono i minerali più importanti. I più diffusi di questi sono: Tra i non-silicati, i minerali più abbondanti sulla superficie terrestre sono i carbonati

8 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE I processi petrogenetici Le rocce si formano attraverso processi definiti petrogenetici che, nella maggior parte dei casi, si esplicano nella litosfera. I parametri che controllano tali processi sono quelli che identificano un certo intorno naturale, vale a dire: - Temperatura (T) - Pressione (P) - Composizione chimica (X)

9 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE - Magmatico o igneo - Sedimentario - Metamorfico Nonostante il fatto che i parametri T, P e X possano variare con una certa continuità, i processi petrogenetici sono stati distinti in tre grandi gruppi: Ovviamente queste sono semplificazioni classificative ed esistono casi in natura di rocce che possono essere classificate a cavallo di due gruppi (es. rocce piroclastiche, migmatiti, etc.)

10 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Il processo magmatico comprende la formazione di tutte le rocce la cui genesi è correlata alla consolidazione di masse fuse definite magmi. Questi possono provenire dal sottostante Mantello o formarsi direttamente nella Crosta per fenomeni di anatessi (= fusione) crostale.

11 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE implica la formazione di rocce in ambienti in cui la temperatura e la pressione sono quelle che si realizzano nella superficie del pianeta o nelle sue immediate vicinanze, fondali marini compresi. I sedimenti si formano per degradazione, eventuale trasporto e successiva sedimentazione di rocce sia magmatiche che metamorfiche o già sedimentarie. In alcuni casi si possono formare per accumulo di materiale organogeno o materiale di precipitazione chimica. Il processo sedimentario

12 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE trasforma rocce preesistenti in altre che posseggono connotati pressoché totalmente diversi da quelli originari. Ciò si verifica sotto leffetto di variazioni termiche e bariche [= di pressione] di una certa importanza; durante questo processo, le trasformazioni si realizzano nella crosta continentale in assenza di materiali litoidi fusi. Questo vuol dire che è un processo che avviene sostanzialmente allo stato solido. Il processo metamorfico

13 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Rocce Ignee Risalita Alterazione ed erosione Risalita Deposizione negli oceani e sui continenti Sedimenti Seppellimento e litificazione Calore e Pressione Rocce Metamorfiche Calore e Pressione Fusione MAGMA Aumento di temperatura e pressione Risalita Raffreddamento Rocce Sedimentarie Il ciclo delle rocce

14 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Ambienti P-T

15 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Caratteristiche generali delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche R. IGNEE R. SEDIMENTARIE R. METAMORFICHE Caratteristiche di terreno e strutture Vulcani, flussi di lava, complessi plutonici Stratificazione e classazione Cristalli, blocchi e fossili deformati Relazioni discordanti con le rocce incassanti (dicchi, vene, batoliti, etc.) Strutture come ripple mark, laminazione incrociata, fratture di essiccamento Comune parallelismo di cristalli planari o allungati lungo vaste aree Effetti termali su rocce adiacenti (es. ricristallizzazione, cambi di colore, zone di reazione Spesso molto diffuse e intercalate con altri sedimenti Adiacenti a rocce ignee, occasionalmente come aureola di contatto Bordi a grana fine (chilled margins) al contatto con le rocce incassanti Le rocce possono essere consolidate o no Progressivo cambio nella mineralogia lungo una vasta area

16 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Caratteristiche generali delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche R. IGNEE R. SEDIMENTARIE R. METAMORFICHE Tessiture Porfiritiche, vetrose, vescicolari, amigdaloidi, grafiche, piroclastiche, cumulitiche, etc. Fossilifere, oolitiche, pisolitiche, stratificate, clastiche, etc. Brecciate, granoblastiche, lepidoblastiche, nematoblastiche, porfiroblastiche, hornfels, etc.

17 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Caratteristiche generali delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche R. IGNEE R. SEDIMENTARIE R. METAMORFICHE Minerali caratteristici feldspati, pirosseni, quarzo, olivine, miche, nefelina, leucite, anfiboli, etc. quarzo, carbonati (specialmente calcite e dolomite), argille, anidrite, selce (quarzo microcristallino), gesso, alite, etc. quarzo, miche, anfiboli, andalusite, cordierite, epidoti, feldspati, granati, grafite, cianite, sillimanite, staurolite, tremolite- actinolite, wollastonite, etc.

18 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE - La superficie terrestre è composta per circa il 66% da rocce sedimentarie. La restante parte (34%) è costituita da rocce ignee (la grande maggioranza) e rocce metamorfiche ABBONDANZE RELATIVE DELLE ROCCE SULLA SUPERFICIE TERRESTRE - La crosta è lo strato più esterno della Terra (al di sopra della discontinuità di Mohorovicic) - La crosta rappresenta solo lo 0,74% del volume della Terra. Tuttavia questa è lunica parte della terra che è direttamente esposta per lo studio petrografico

19 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE I MAGMI - DEFINIZIONE - CARATTERI CHIMICI e FISICI

20 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE DEFINIZIONE I magmi sono materiali naturali allo stato fuso che possono contenere anche una certa quantità di cristalli. Nella quasi totalità, i fusi sono silicatici e raggiungono temperature massime di circa 1200 ºC; solo alcuni, volumetricamente insignificanti, sono composti in prevalenza da carbonati e raggiungono temperature massime molto inferiori (intorno a 700 °C). Colata di lava basaltica (Kilauea, Hawaii)

21 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Colata di lava basaltica (Kilauea, Hawaii)

22 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Natura dei magmi Nei magmi sono presenti pressoché tutti gli elementi esistenti nella Terra; alcuni di questi rappresentano la cosiddetta componente volatile vale a dire i gas disciolti nella fase fusa. Si distinguono magmi: Basici Intermedi Acidi Basici SiO 2 66%

23 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE La componente volatile o, più semplicemente, i volatili, come mostrano le emanazioni vulcaniche, sono costituiti, per la massima parte, da H 2 O, CO 2,CO, SO 2, H 2 S, H 2, S e O cui si aggiungono altri costituenti presenti in quantità minori quali N 2, Ar, HCl, HF e B Le abbondanze relative di questi gas sono correlate al tipo di magma; la quantità dei restanti componenti è sempre di gran lunga inferiore a quella dellH 2 O e della CO 2 presenti in tenori variabili, rispettivamente, dal 30 all80% e dal 10 al 40% delle moli della fase vapore. La COMPONENTE VOLATILE dei magmi Anak Krakatua (foto: Robert e Barbara Decker)

24 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Come si sciolgono i volatili Per sciogliere i volatili nei magmi sono necessarie elevate pressioni; se queste diminuiscono, come avviene quando il magma si avvicina alla superficie, i volatili essolvono dal fuso [= si liberano formando una fase separata] generando i boli di vapore tipici di quasi tutti i vulcani attivi. Qualcosa di simile avviene anche quando si stappano le bottiglie di birra.

25 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE La solubilità dellH 2 O nei fusi silicatici aumenta proporzionalmente alla pressione. Fuso basaltico (B), andesitico (A), albitico (Ab), e di una pegmatite granitica (P) 0,1 GPa (GigaPascal) = 1 kbar = 1000 bar = m di H 2 O = 3 km di roccia

26 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE ORGANIZZAZIONE INTERNA dei MAGMI = STRUTTURA DEI FUSI SILICATICI

27 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE I silicati sono minerali costruiti dallunione di unità tetraedriche [SiO 4 ] 4- che rappresentano i mattoni delle strutture. I magmi si formano dalla fusione dei silicati Tali tetraedri formano catene nello spazio nel piano Silicio Ossigeno

28 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Modelli concettuali di struttura atomica di fusi silicatici confrontati con quello della silice cristallina.

29 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE SIGNIFICATO FISICO dei TETRAEDRI che formano CATENE molto viscoso In un fuso che possiede unità tetraedriche tra loro collegate dagli ossigeni ponte [= fuso polimerizzato] le singole unità non si muovono liberamente perché soggette ad un notevole attrito interno. In altre parole, il magma è molto viscoso. Lelevata viscosità riduce anche lo spostamento degli ioni al suo interno

30 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE I VOLATILI riducono la viscosità dei magmi H 2 O (vapore) + O (fuso) = 2 OH - (fuso) questa è una reazione di idrolisi che spiega la OH - dissoluzione dellacqua nei fusi. Poiché OH - ha una sola valenza negativa e non due come lossigeno ponte, quando lo sostituisce depolimerizza linsieme perché permette il distacco di due tetraedri adiacenti Ossigenoponte

31 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Pressione anidra e idrata pressione idrata P H2O pressione anidra La presenza dei volatili favorisce la diminuzione della viscosità se esiste una pressione che permetta la loro solubilizzazione nel fuso magmatico. Poiché i volatili sono rappresentati essenzialmente dallH 2 O, la pressione che agisce sul sistema è definita pressione idrata o, più brevemente, P H2O. Se la pressione è esercitata in mancanza di volatili, si chiama pressione anidra e gli effetti sono diametralmente opposti; la viscosità, almeno inizialmente, tende ad aumentare sino a quando, per pressioni molto elevate (decine di GPa), gli atomi di Si cambiano tipo di coordinazione che da tetraedrica diventa ottaedrica. Si O

32 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Parametri Viscosità ( )Note TemperaturaInversamente proporzionale Lenergia termica facilita la depolimerizzazione e, quindi, abbassa la viscosità. Pressione secca Direttamente proporzionale aumenta sino a quando il silicio non cambia tipo di coordinazione tetraedrica ottaedrica. Pressione idrataInversamente proporzionale diminuisce sino a quando i volatili (ammesso che ce ne siano a sufficienza) rimpiazzano tutti gli ossigeni ponte. Ulteriori aumenti di P, provocano effetti analoghi a quelli della pressione secca. SiO 2 in % elevata (magmi acidi) Alta La differenza di viscosità tra magmi basici ed acidi può essere compensata dal fatto che questi ultimi tendono ad avere quantità maggiori di volatili rispetto a quelli basici. SiO 2 in % bassa (magmi basici)Bassa Le differenze più vistose si notano quando i magmi perdono pressoché completamente i loro volatili. Questo avviene nel momento in cui debordano dai condotti di alimentazione dei vulcani.

33 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE I MAGMI possono CONSOLIDARE Trasformarsi in vetri = masse solide amorfe che, sotto il profilo termodinamico, sono ancora liquidi sopraraffreddati CRISTALLIZZARE Formare cristalli = sostanze che hanno un preciso ordinamento strutturale ed un identico chimismo in ogni loro porzione

34 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Parametro che fa la differenza: Il sovraraffreddamento rappresenta la differenza tra la temperatura di fusione di una sostanza e quella, inferiore alla precedente, a cui la stessa si trova ancora allo stato liquido; lacqua liquida, portata velocemente a –30 ºC è stata sopraraffreddata di 30 gradi perché la sua temperatura di cristallizzazione vale 0 ºC [= se la pressione vale 1 atmosfera].

35 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Temperatura Quantità di calore fornita al sistema CALORE LATENTE Solido riscaldato fusione Fuso riscaldato [= calore assorbito dalla fusione o ceduto durante la cristallizzazione] Durante questo intervallo la temperatura del sistema non cambia (anche se si continua a fornire calore) di FUSIONE di CRISTALLIZZAZIONE

36 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Visto che ad ogni azione corrisponde una reazione uguale ma di segno opposto, quando un magma perde calore cerca di contrastare questo evento formando cristalli che ridanno allinsieme il cosiddetto calore latente di solidificazione [= identico a quello latente di fusione]. RISPOSTA del MAGMA al SOVRARAFFREDDAMENTO

37 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE velocità di crescita germi cristallini Per formare cristalli, tutti gli elementi necessari alla crescita dei nuclei in via di sviluppo debbono potersi spostare facilmente. E abbastanza intuitivo, che questi spostamenti sono facilitati se la viscosità del fuso resta bassa il che equivale a dire che anche il sovraraffreddamento deve rimanere basso. Quando questultimo aumenta, cioè quando la temperatura si abbassa troppo velocemente, viene compromessa la velocità di crescita ma non la formazione di germi cristallini il cui numero, per unità di volume, aumenta proprio per la necessità di supplire alle maggiori perdite energetiche.

38 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE capacità di cristallizzare vetrosa Una tale rincorsa tra numero di germi che si formano e calore sottratto non può protrarsi oltre certi valori del sovraraffreddamento perché il fuso, da un certo punto in poi, non riesce a formare germi cristallini per la paralisi degli spostamenti degli elementi derivata da valori troppo bassi della temperatura imposta al liquido. Superata questa soglia il fuso perde ogni capacità di cristallizzare e si trasforma in una massa meccanicamente solida ma amorfa cioè vetrosa.

39 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Nella prossima lezione vedremo come rispondono i sistemi magmatici al sovraraffreddamento in termini di tessiture e strutture delle rocce Questa è la parte più importante della Petrografia.

40 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE Alcune delle immagini e degli schemi di questa presentazione sono state presi da: Plummer, McGeary and Carlson, Physical Geology Press and Siever, Understanding Earth Blatt and Tracy, Petrology Credits Alcune figure e schemi da: L. Morbidelli - Le rocce ed i loro costituenti J. Winter - Lezioni per il corso di Igneous Petrology P. Tomascak - Lezioni di Geologia

41 Corso di Petrografia con elementi di Mineralogia (M. Lustrino) A.A. 2004/2005 PACE


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